Op oscilloscoop gebaseerde signaalgenerator en gebruik van breedbandradarsignalen
Hoe een oscilloscoop werkt
Een oscilloscoop is een elektronisch meetinstrument dat de kenmerken van elektronische oscilloscoopbuizen gebruikt om wisselende elektrische signalen die niet direct door het menselijk oog kunnen worden waargenomen, om te zetten in beelden en deze ter meting op een fluorescerend scherm weer te geven. Het is een onmisbaar en belangrijk instrument voor het observeren van experimentele verschijnselen in digitale circuits, het analyseren van problemen in experimenten en het meten van experimentele resultaten. De oscilloscoop bestaat uit een oscilloscoopbuis en een voedingssysteem, een synchronisatiesysteem, een X-as afbuigsysteem, een Y-as afbuigsysteem, een vertragingsscansysteem en een standaard signaalbron.
1. Oscilloscoopbuis
Kathodestraalbuis (CRT), ook wel oscilloscoopbuis genoemd, is de kern van de oscilloscoop. Het zet elektrische signalen om in lichtsignalen. Zoals weergegeven in figuur 1 zijn het elektronenkanon, het afbuigsysteem en het fosforscherm opgesloten in een vacuümglazen omhulsel om een complete oscilloscoopbuis te vormen.
(1) Fluorescerend scherm
De huidige oscilloscoopbuisschermen zijn meestal rechthoekige vlakken, waarbij op het binnenoppervlak een laag fosforescerend materiaal is afgezet om een fluorescerende film te vormen. Aan de fluorescerende film wordt vaak een laag opgedampte aluminiumfilm toegevoegd. Snelle elektronen gaan door de aluminiumfilm en raken de fosfor om heldere vlekken te vormen. De aluminiumfilm heeft interne reflectie, wat gunstig is voor het verbeteren van de helderheid van de heldere plekken. De aluminiumfilm heeft ook andere functies, zoals warmteafvoer.
Wanneer het elektronenbombardement stopt, kan het heldere vlekje niet onmiddellijk verdwijnen, maar moet het nog een tijdje blijven bestaan. De tijd die nodig is voordat de helderheid van een lichtpuntje daalt tot 10% van de oorspronkelijke waarde, wordt de "nagloeitijd" genoemd. De nagloeitijd korter dan 10 μs wordt een zeer korte nagloei genoemd, 10 μs-1ms is een korte nagloei, 1 ms-0.1s is een gemiddelde nagloei, 0,1s-1s is een lange nagloei, en meer dan 1s is extreem lang nagloeien. Over het algemeen zijn oscilloscopen uitgerust met oscilloscoopbuizen met gemiddelde persistentie, hoogfrequente oscilloscopen gebruiken korte persistentie en laagfrequente oscilloscopen gebruiken lange persistentie.
(2) Elektronenkanon en focus
Het elektronenkanon bestaat uit gloeidraad (F), kathode (K), rooster (G1), voorste versnellingselektrode (G2) (of tweede rooster), eerste anode (A1) en tweede anode (A2). Zijn functie is het uitzenden van elektronen en het vormen van een zeer dunne, snelle elektronenbundel. De gloeidraad wordt bekrachtigd om de kathode te verwarmen, en de kathode zendt elektronen uit bij verhitting.
Het rooster is een metalen cilinder met een klein gaatje aan de bovenkant, die buiten de kathode wordt geplaatst. Omdat de poortpotentiaal lager is dan die van de kathode, regelt deze de elektronen die door de kathode worden uitgezonden. Over het algemeen kan slechts een klein aantal elektronen met een grote initiële bewegingssnelheid door de poortgaten gaan en naar het fluorescentiescherm snellen onder invloed van de anodespanning. Elektronen met een kleine beginsnelheid keren nog steeds terug naar de kathode.
Als de poortpotentiaal te laag is, keren alle elektronen terug naar de kathode, dat wil zeggen dat de buis wordt uitgeschakeld. Het aanpassen van de W1-potentiometer in het circuit kan de poortpotentiaal veranderen en de dichtheid van de elektronenstroom naar het fluorescerende scherm regelen, waardoor de helderheid van de heldere vlek wordt aangepast. De eerste anode, de tweede anode en de voorste versnellingselektrode zijn drie metalen cilinders op dezelfde as als de kathode. De voorste versnellingspool G2 is verbonden met A2 en het aangelegde potentiaal is hoger dan A1. De positieve potentiaal van G2 versnelt de elektronen van de kathode naar het fluorescentiescherm.
Terwijl de elektronenbundel van de kathode naar het fosforscherm beweegt, ondergaat deze twee focusseringsprocessen. De eerste scherpstelling wordt voltooid door K, G1 en G2. K, K, G1 en G2 worden de eerste elektronische lenzen van de oscilloscoopbuis genoemd. De tweede scherpstelling vindt plaats in de G2-, A1- en A2-gebieden. Door de potentiaal van de tweede anode A2 aan te passen, kan de elektronenbundel convergeren op een punt op het fluorescentiescherm. Dit is de tweede focus. De spanning op A1 wordt de focusseringsspanning genoemd, en A1 wordt ook wel de focusseringspool genoemd. Soms kan het aanpassen van de spanning van A1 nog steeds geen goede focussering opleveren, en moet de spanning van de tweede anode A2 nauwkeurig worden afgesteld. A2 wordt ook wel de hulpfocusseringselektrode genoemd.
(3) Afbuigingssysteem
Het afbuigsysteem regelt de richting van de elektronenbundel zodat de lichtvlek op het fluorescerende scherm verandert met het externe signaal om de golfvorm van het gemeten signaal weer te geven. In Figuur 8.1 vormen twee paar onderling loodrechte afbuigplaten Y1, Y2 en Xl, X2 een afbuigsysteem. De Y-as afbuigplaat bevindt zich aan de voorkant en de X-as afbuigplaat bevindt zich aan de achterkant, dus de Y-as gevoeligheid is hoog (het gemeten signaal wordt na verwerking toegevoegd aan de Y-as). Op de twee paren afbuigplaten wordt respectievelijk spanning aangelegd, zodat tussen de twee paren afbuigplaten een elektrisch veld ontstaat, dat de afbuiging van de elektronenbundel in respectievelijk verticale en horizontale richting regelt.
